Name: 결합 문학, 지구 화학 및 미생물 조사를위한 토양 모형 매립 발굴 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-09-11T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 30 s
Description: 배우세요 토양 라시미터 발굴 방법을 통해 지하 수문학적, 지구화학적, 미생물학적 이질성을 분석하는 기법을. 유클리드 좌표계를 활용한 복셀 분할로 토양 공간적 이질성을 정밀하게 포착하여 지구 시스템 과정의 공진화를 이해할 수 있습니다.

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발굴 작업에 도움을 준 Ty P.A. Ferré, Till Volkman, Edwin Donker, Mauricio Vera, 그리고 표본 분석에 도움을 준 Triffon J. Tatarin, Manpreet Sahnan 및 Edward Hunt에게 감사드립니다. 이 작업은 애리조나 대학의 Biosphere 2에서 수행되었으며 National Science Foundation 보조금 EAR_1344552 및 Biosphere 2의 명예 연구 프로그램의 자금 지원을 받았습니다.

1. 모형 매립의 체계적이고 포괄적 인 샘플링을 확인하기 위해 샘플링 매트릭스를 고안 <ol><li> 고정 길이, 폭, 깊이의 복셀로 모형 매립 나눈다. <ol><li> 좌표계 유클리드 공간을 사용하여 등 간격의 적절한 수에 각 방향 (X, Y 및 Z)을 따른 전체 거리를 나눈다. 경계 효과를 피하기 위해 모형 매립의 벽 근처에있는 토양을 폐기 고려한다. 주 : 수집 된 토양의 부피가 충분하다는 것을 보장하면서 4 개의 벽을 따라 5cm의 버퍼는, 경계 효과를 피하기 위해 본 실험에 채용된다. </li><li> 각 샘플에 고유 한 XYZ 위치를 지정하고 복셀로 식별합니다. 주 : Z 경사면의 깊이를 따라 위치를 나타내고,이 상태에서 굴착, X는 슬로프의 폭을 따라 위치를 나타내고,는 Y는 경사면의 길이를 따라 위치를 나타낸다. 각각의 차원 내에서 간격의 크기는 복셀의 폭, 길이 및 깊이를 결정한다. F를igure 2는 XYZ 시스템을위한 선택 원산지와 함께 간격 간격을 결정 후 모형 매립의 분할을 보여줍니다. 현재 굴착 방식의 사업부는 10cm X 20cm X 10cm 크기 (그림 3)의 324 복셀의 총 생산, 모두 Y 및 Z 방향을 따라 9 간격과 X 방향을 따라 4 간격이있다. 주 : 선택된 샘플링 전략은 시스템 전체에 균일하게 센서가 최소한의 손상으로 샘플링되는 것을 보장한다. 각 복셀 (1-2cm)의 경계는 이웃 복셀에서 교차 오염을 제한하기 위해 삭제됩니다. 또한, 복셀의 크기는 충분한 토양 재료는 각 복셀의 미생물 학적, 지구 화학적 및 수문 샘플 수집에 사용할 수 있도록. </li></ol></li></ol><img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54536/54536fig1.jpg" /> 모형 매립 그림 1. 사이드보기. 삼출 FA에서 모형 매립보기가전​​. 또한 볼 수는 네 모서리의 기울기와 스프링클러 시스템에 따라 3 개의 센서 영역 (흰색 PVC 튜브)입니다. <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/54536/54536fig2.jpg" /> Y가 20cm에 길이를 분할하는 동안 그림 2. 샘플링 계획. XYZ. 답 X 차원에 따른 모형 매립의 샘플링 방식은 4 섹션 10cm의 각각에 폭을 분할한다. B에 Z 치수는 깊이를 표시하고 9 층으로 분할되었다 10cm 깊이의. 모든 모형 매립의 가장자리를 따라 5cm의 경계가 잠재적 경계 효과를 나타낼 수 샘플 수집을 방지하기 위해 확인되었다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54536/54536fig2large.jpg" target="_blank">이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/54536/54536fig3.jpg" /> 그림 3. 3 D복셀의 imensional 표현입니다. 모형 매립의 XYZ 평면을 따라 복셀의 시각적 개략적. 전체 기울기가 하나의 샘플링 장치를 묘사 각 복셀로, 324 등의 복셀로 분할되었다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54536/54536fig3large.jpg" target="_blank">이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.</a> 2. 경사에서 트랙 물 침투에 브릴리언트 블루 FCF 염료를 추가 <ol><li> Y 방향을 따라 상부면의 105cm를 커버하기에 충분한 토양의 표면에 브릴리언트 블루 염색을 적용한다. 플라스틱 시트와 나머지 땅을 커버. <ol><li> 검은 현무암 토양에 대한 대비를 보장하기 위해 농도 (여기 10g / L)을 선택합니다. 관개 시스템 탱크에 염료를 추가하고 원하는 농도로 물과 희석. </li><li> 침투 앞의 원하는 깊이 및 관개 시스템에 의해 공급되는 속도에 기초하여, 수리의 지속 시간을 결정한다. 참고 :이 연구를 들면, 내가20 분 (그림 4) 사전 발굴을위한 30mm / hr의 rrigation 속도는 처음 몇 센티미터 동안 물 침투의 이종 패턴을 식별하기 위해 충분한 것으로 간주됩니다. </li><li> 염료 신청 후, 침투 중지하고 모형 매립 내 수분 상태는 평형을위한 시간을 제공합니다. 이 연구를 위해, 염료 응용 프로그램과 발굴 사이에 10 시간 (야간)의 기간은 적절했다. </li></ol></li></ol> 복셀 3. 분계선 <ol><li> 복셀 경계 동안 안내 원위치 참조 시스템을 제공하기 위해 경사면의 길이를 따라 측정 테이프 부착. </li><li> 측정 테이프의 도움으로 각 토양 복셀의 크기를 표시합니다. 알루미늄 블레이드 방패와 플라스틱 퍼티 나이프 (그림 4)를 사용하여 각 층에 대한 그리드 선을 그립니다. 경계 재료 (각 벽에서 5cm 경계 효과를 방지하기 위해) 폐기하십시오. </li></ol> 모형 매립 그림 4. 상위 뷰.이보기는 층 (2)의 염색 표면 (10cm 깊이)을 보여줍니다. 샘플링을 돕기 위해 토양 표면에 그려진 그리드는 미생물 시료 채취 후, 각 복셀에서 코어 홀 영역들과 함께, 또한 표시된다. 4. 미생물 샘플 컬렉션 <ol><li> 각 복셀의 사전 문학과 화학적으로 무균 미생물 샘플을 수집 샘플의 교차 오염을 방지하기 위해 분석한다. 새 장갑이 사람의 피부에서 오염을 줄이기 위해 발굴을 수행하는 모든 회원이 착용되어 있는지 확인합니다. </li><li> 1cm 직경 20cm의 높이 및 미생물 학적 샘플 수집을위한 얇은 주걱의 토양 corer를 사용합니다. 의 corer과 증류수로 주걱을 청소 깨끗한 물티슈로 닦아 건조 및 75 % 에탄올 스프레이 병을 사용하여 씻어. 공기 건조에 corer과 주걱을 허용합니다. </li><li> 참고 C각 샘플의 ollection 시간. 사전 멸균 비닐 봉지 (그림 5)에 토양 샘플을 비우 각 복셀 위치에서 10cm의 깊이, 그리고 주걱으로 코어에 corer를 사용합니다. 샘플을 증착 직전에 가방을 열고주의​​하십시오. 손으로 샘플 파우치 균질화. </li><li> 샘플링 동안 얼음 쿨러의 샘플 가방을 보관하고, C의 냉동고 °에 -80 가능한 한 빨리 전송할 수 있습니다. </li></ol><img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/54536/54536fig5.jpg" /> 그림 5. 미생물학 샘플 수집. 20cm X 1cm, 멸균 가방, 주걱의 작은 휴대용 corer는 미생물 샘플링 동안 여기에 표시됩니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54536/54536fig5large.jpg" target="_blank">이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.</a> 5. 지구 화학 및 수 문학 샘플 컬렉션 <ol><li> X와 Y (PL)의 사진 염색 지역염료가 관찰 깊이에 대한 발굴 동안 anes. 색상 관찰 (그림 6)에 대한 참조를 제공하기 위해 컬러 카드를 사용하십시오. 적절한 자연 채광을 확인 올바르게 색상 강도를 문서화 존재한다. </li><li> 측정을 시작하기 전에 매일 휴대용 형광 X 선 분석 장치 (pXRF)를 보정한다. 교정 및 측정 자세한 내용은 제조업체의 지침 (13) (그림 7)을 참조하십시오. 간단히, 홀더에 기기를 배치하고 공장 금속 구슬에 직접 빔 창을 가리 킵니다. &#39;칼&#39;을 선택하고 보정이 완료 될 수 있도록 30 초 동안 기다립니다. <ol><li> 모든 측정을 복용하기 전에 빔 창을 청소합니다. 세 개의 서로 다른 위치에서 삼중 각 복셀의 표면을 측정한다. 토양 표면에 pXRF 수단을 배치하고, 측정이 완료 될 수 있도록 90 초 동안 기다린다. 주 : X 선 빔의 방향으로 긴 거리를 관통 할 수있다. 따라서, ensu오직 숙련 된 기술자가 장비를 처리하고 적절한 안전 프로토콜을 유지 재. </li></ol></li></ol><img alt="그림 6" src="/files/ftp_upload/54536/54536fig6.jpg" /> 그림 6. 색상 카드 침투 염색 따르십시오. 눈에 보이는 염료 침투와 각각의 위치는 기준이되는 색 카드와 함께 촬영했다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54536/54536fig6large.jpg" target="_blank">이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 7" src="/files/ftp_upload/54536/54536fig7.jpg" /> 그림 7. 휴대용 X-ray 형광 분광계. 휴대용 pXRF는 복셀의 표면에 위치. 측정은 각 복셀의 표면에 세 가지 사항을 기록하고 평균화 하였다. <ol start="3"><li> 청소 금속 코어 (높이 = 3 cm, 직경. = 5.7 cm) 및 폴리 카보네이트 공동입술 (높이 = 6 cm, 직경. = 5.7 cm) 벌크 밀도 (BD) 원하는 복셀, 각각 (그림 8)의 유압 전도도 측정 (수능)합니다. </li><li> 수직 센서 또는 센서 배선이 손상되지 않도록주의하면서 원하는 복셀에 금속 코어와 폴리 카보네이트 코어 (수직 수능)을 삽입합니다. 부드럽게 토양 교란을 최소화하기 위해 코어와 해머 사이의 나무 블록과 같은 평평한 표면을 사용하여주의하면서 토양에 코어 망치질함으로써 이것을한다. 코어가 토양에 반 일단 부가 상기 제 1 코어의 상부에 제 2 코어를 배치했다. 제 2 코어의 상단에있는 나무 블록을 배치하고, 제 1 코어가 계속 표시 핵심 테두리와 토양에 포함 될 때까지 조심스럽게 블록을 망치. </li><li> 복셀의 측면 순차적 발굴과 함께 열릴 때 수평 수능을위한 코어를 삽입합니다. 압축을 최소화하기 위해 단계 5.4에서 언급 한 바와 같이 나무 블록과 제 2 코어를 사용합니다. </li><li> 복셀 않도록주의하십시오지구 화학적 샘플 수집하기 전에 경계와 인접 복셀에서 격리 샘플링된다. 코어가 용이하게 제거 될 수있을 때까지 표지 화학적 (GC) 샘플 백에 금속 또는 폴리 프로필렌 코어 주변 토양의 샘플을 수집하기 위해 휴대용 흙손 다음에이 목적을 위해 플라스틱 퍼티 나이프를 사용하여 (예를 들면,도 9a, b). </li></ol><img alt="그림 8" src="/files/ftp_upload/54536/54536fig8.jpg" /> 도 8 벌크 밀도 및 수리 전도도 코어. 폴리 프로필렌 코어 (왼쪽)의 금속 코어 (오른쪽) 벌크 밀도 샘플을 수집하기 위해 사용되는 동안 수직 및 수평 수리 전도도 샘플을 수집 하였다. <img alt="그림 9" src="/files/ftp_upload/54536/54536fig9.jpg" /> 그림 9. 복셀 경계. 플라스틱 퍼티 나이프는 분리 (A)에 사용되었다(B) 지구 화학, 벌크 밀도 및 수리 전도도 코어 컬렉션에 앞서 복셀의 경계. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54536/54536fig9large.jpg" target="_blank">이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.</a> <ol start="7"><li> , 금속 코어를 제거 양쪽 끝에서 여분의 재료를 브러시 및 표시 BD 샘플 가방에 코어에서 샘플을 전송합니다. 시료와 각 샘플 백을 달아 총 중량을 기록한다. </li><li> 폴리 프로필렌 코어를 제거합니다. 빨간색 플라스틱 캡 양쪽을 커버하고 &quot;V&quot;와 샘플 ID 다음에 &quot;H&quot;와 같은 수평 폴리 프로필렌 핵심으로 수직 폴리 프로필렌 코어 레이블을 붙입니다. </li><li> 다음 복셀로 교차 오염을 방지하기 위해 네 가지 측면에서 토양의 센티미터 몇 뒤에 남겨두고 GC 샘플 가방에 복셀에서 남은 재료를 수집합니다. </li><li> 한 층의 복셀의 나머지 단계에서 5.9-5.1를 반복합니다. </li><li> 일단 하나의 층에서 모든 복셀이되었습니다완료, 후속 층에 5.10에 3.2 단계를 반복합니다. 참고 : 5.1 필요한 단계 만 볼 수 염료가 복셀 수행합니다. 각 복셀에서 수집 한 모든 샘플을 강조 복셀의 대표도를 시각화하기 위해 그림 10을 참조하십시오. </li> <li></li></ol><img alt="그림 10" src="/files/ftp_upload/54536/54536fig10.jpg" /> 그림 10. 대표 복셀. 빨간 줄이 핵심 미생물학 샘플 수집 나타냅니다 점선은 녹색 점선은 수평 유압 전도도 코어를 나타내고, 노란색 점선 수직 유압 전도도 코어를 나타내고, 보라색 점선은 벌크 밀도 코어 및 파란색 타원형의 경계를 나타냅니다 복셀에서 샘플을 남아있는 화학적 분석에 사용되는 나타냅니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54536/54536fig10large.jpg" target="_blank">이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.</a> &lt;/ P&gt; 6. 샘플 분석 <ol><li> 미생물 수집을 사용하여 샘플 분자 (토양 미생물 DNA 추출) 14 배양 (종속 영양 플레이트 카운트) 15 분석을 분석합니다. 정량적 중합 효소 연쇄 반응 (qPCR에) (16), 및 높은 처리량 유전자 시퀀싱 실험 (17, 18)에 대한 추출 된 DNA를 사용합니다. </li><li> 화학적 수집을 사용하여 샘플의 pH (US EPA 방법 150.2), 전기 전도도 (EC) (US EPA 방법 120.1), 탄소와 질소 함량 (US EPA 방법 415.3, 요소 (19)의 연속 추출 등의 화학적 특성의 다수를 측정하는 분석 및 X 선 회절 (XRD)와 스탠포드 방사광 연구소의 사양에 따라, 확장 된 X 선 흡수 미세 구조 (EXAFS) 분광법, 미네랄 변형을 조사하기 위해. </li><li> 벌크 밀도 20 실험실 실험에 대한 수문 분석을 위해 수집 코어 샘플을 사용하여유압 전도도 21. </li></ol>

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저자는 공개할 것이 없습니다.

가로 진화는 문학, 화학적 및 생물학적 과정 (12)의 누적 효과입니다. 이러한 프로세스는 풍경을 진화의 흐름과 물과 요소의 수송 및 생지 화학적 반응을 제어 할 수 있습니다. 그러나, 상호 작용을 캡처하는 동시에 정밀하게 조정 된 실험 설계 및 표본 추출이 필요합니다. 또한, 초기 풍경 진화를 연구하는 것은 &quot;시간 제로&quot;상태를 식별하기 위해 제한된 기능으로, 자연 시스템에 어렵다. 문학 관개 및 발굴의 필드 기반의 접근 방식은 그레이엄 등. (24)와 앤더슨 등에 의해보고되는 동안 식물의 뿌리 밀도 (23)을 측정하기 위해 실시 된 한 파괴적인 모형 매립 연구를보고합니다. (25) 그러나, 연구 것도 문학 공부하는 방법을 포함하지 시뮬레이션 풍경 -geochemical - 미생물 학적 이질성. 본 연구의 주요 구성 요소는 확인했다 그 규모 웨스턴 오스트 레일 리아실험과 선택된 규모의...

토양과 풍경 역학은 물리, 화학 물질의 복잡한 상호 작용 및 생물학적 과정 (1)에 의해 형성된다. 물 흐름, 화학적 풍화 및 생물학적 활성은 안정된 생태계 2,3에 풍경의 전반적인 개발을 형성. 표면 변화가 풍경 (4)의 가장 눈에 띄는 기능, 수문, 지구 화학의 이해 누적 효과 및 미생물 학적 프로세스가 지하 영역에있는 동안 풍경이 모양 기본 힘을 이해하는 데 매우 중요합니다. 미래 기후 교란 시나리오는 더 풍경의 진화 (5)의 예측 및 패턴을 혼동. 이는 따라서 프리 스케일 (6) 상에 자신의 대규모 발현을 소규모 공정을 연결하는 도전된다. 전통적인 단기 실험실 실험 또는 일을 캡처 짧은 가을을 강제 알 수없는 초기 조건과 시간 변수와 자연 경관의 실험풍경 진화의 전자 고유의 이질성. 또한 의한 강한 비선형 결합, 이종 시스템 7 수문 모델링로부터 생화학 변화를 예측하는 것은 곤란하다. 여기, 우리는 알려진 초기 조건을 완벽하게 제어 및 모니터링 토양 hillslope을 발굴 할 수있는 새로운 실험 방법을 설명합니다. 우리의 발굴 및 샘플링 절차는 하이드로 생물 지구 화학적 상호 작용과 토양의 형성 과정에 미치는 영향을 조사하기 위해 포괄적 인 데이터 집합을 제공하는 것을 목표로, 길이와 깊이를 따라 hillslope의 개발 이질성을 캡처 대상으로합니다. 자연에서 발견 수문 시스템은 공간 및 시간 스케일 (3)의 넓은 범위에 걸쳐 일어나는 수문 응답의 변화, 시간의 정적 인 거리가 멀다. 풍경을 따라 흐름 경로의 공간 구조는 속도, 범위 및 드라이브 화학적 반응과 생물학적 식민지의 분포를 결정한다풍화, 전송 및 용질 및 퇴적물의 침전, 토양 구조의 발전. 따라서, 이론과 수문 예측을 문학적 과정을 평가하고 개선하기위한 실험 설계에 소아 학, 지구 물리학, 생태학에서 지식을 통합은 8,9를 제안하고있다. 가로 진화는 물 역학, 토양 개발 과정 원소 마이그레이션과 함께 미네랄 공기, 물 표면 미생물 (10)의 반응에 의해 초래 광물 변환에 의해 지하 생지 화학적 과정에 의해 영향을받습니다. 결과적으로, 진화하는 풍경 내에서 화학적 핫스팟의 개발을 연구하는 것이 중요하다. 또한, 복잡한 프리 개발의 역학을 이해하기 위해 초기 토양 형성시 수문 프로세스 및 미생물에 화학적 풍화 서명 패턴과 관련된 중요하다. 토양 기원의 특정 프로세스의 적용을받습니다특정 모재에 대한 기후, 생물 입력, 구호 및 시간의 결합 된 영향에 의해. 이 실험 조건 곳에서 (기울기 깊이 포함) 기복과 관련된 수문 및 화학적 변형에 의해 지배 모재의 풍화의 불균질성 및 환경 구배 (즉, 산화 환원 전위)에 의해 구동되는 미생물의 활동에 관련된 다양성을 해결하기 위해 설계되었다 부모 소재, 기후와 시간은 일정하게 유지된다. 미생물의 활동과 관련하여, 토양 미생물은 중요한 구성 요소이며 풍경의 안정성 (11)에 지대한 영향을 미친다. 이들은 토양 구조, 영양 생화학 순환하고 식물의 성장에 중요한 역할을한다. 따라서, 동시에 수문 흐름 경로와의 화학적 상호 우리의 효과를 확인하면서, 풍화 드라이버 토양 기원 및 프리 형성 공정 이들 유기체의 의미를 이해하는 것이 필요하다미생물 군집 구조 및 다양성에 athering. 이것은 누구의 수문 및 지구 화학적 특성 병렬로 연구되고있다 진화하는 풍경을 통해 미생물 군집의 다양성의 공간 이질성을 연구함으로써 달성 될 수있다. 여기서 우리는 바이오 스피어 2 (애리조나 대학)에 수납 된 풍경 진화 전망대 (LEO)의 대규모 제로 순서 유역 모델을 모방하기 위해 디자인 된 토양 모형 매립, 운영 체제라는 miniLEO의 발굴 절차를 제시한다. miniLEO 누적 이종 하이드로 생물 지구 화학 공정에서 발생하는 작은 규모의 풍경 진화 패턴을 파악하기 위해 개발되었다. 그것은 모형 매립 길이 2 m, 폭 0.5 m, 높이 1 m, 10 °의 경사 (그림 1)입니다. 또한 모형 매립의 벽은 절연 및 비 생분해 두 파트 에폭시 프라이머 및 잠재적 오염이나 용출을 방지하는 전체 충전 지방족 우레탄 코팅으로 코팅토양에 모형 매립 프레임에서 금속. 모형 매립 북부 애리조나 메리 엄 분화구와 관련된 후기 홍적세 테프라의 보증금에서 추출 짓 눌린 현무암 바위로 가득 차 있었다. 로드 된 현무암 재료는 더 큰 LEO 실험에서 사용되는 물질과 동일했다. 미네랄 성분, 입자 크기 분포, 및 유압 특성은 Pangle 등. (12)에 의해 설명되어 있습니다. 다운 슬로프 누출 얼굴이 뚫린 플라스틱 화면 (0.002-m 직경의 구멍, 14 % 다공성) 늘어서 있었다. 이 시스템은 물 테이블의 높이를 결정하기 위해 수분 함량 및 온도 센서가 물 전위 센서의 두 종류, 토양 수분 샘플러 유압 중량 밸런스, 도전성 프로브, 및 압력 센서와 같은 센서가 장착되어있다. 모형 매립은 발굴에 앞서 18 개월입니다 관개했다. 발굴은 접근 방식에 세심한이었고, 두 가지 질문에 대답을 목표로했다 : (1) 수문 무엇 화학적 및 미생물 서명 모의 강우 조건에 대하여 슬로프의 길이 및 깊이에 걸쳐 관찰 될 수있다 (2) hillslope 발생하는 하이드로 생물 화학적 프로세스 간의 관계 및 되먹임이 추론 될 수 있는지 개별 서명. 실험 설정 및 발굴 과정과 함께, 우리는 결합 된 지구 시스템 역학 및 / 또는 토양 개발 프로세스를 공부에 관심이 연구자 비슷한 발굴 프로토콜을 적용하는 방법에 대한 대표적인 데이터 및 제안을 제시한다.

<table><tbody><tr><td>측정 테이프</td><td>Any</td><td></td><td>Any 샘플의 교차 오염을 방지하는 것이 중요합니다. 따라서 복셀 경계를 격리하기 위해 여러 개의 퍼티 나이프를 사용하는 것이 도움이 됩니다.</td></tr><tr><td>브릴리언트 블루 염료</td><td>Waldeck GmBH & 공동&nbsp;</td><td>B0770</td><td>눈금자를 사용하여 그리드를 그릴 수 있습니다. 표본추출 전략은 개별 실험에 따라 수정할 수 있습니다.</td></tr><tr><td>토양 코어:</td><td>AMS</td><td>56975</td><td>상업적으로 제조된 모든 브릴리언트 블루 염료를 사용할 수 있습니다.</td></tr><tr><td>75% 에탄올</td>, <td>Any</td><td></td><td>A Nikon D90 카메라와 50mm 렌즈가 사진 촬영에 사용되었습니다. 이를 위해 모든 고해상도 카메라와 렌즈를 사용할 수 있습니다.</td></tr><tr><td>스프레이 병:</td><td>염료</td><td></td><td>및 컬러 카드의 모든 사용은 개별 실험 및/또는 연구 질문에 따라 주관적으로 달라질 수 있습니다.</td></tr><tr><td>주걱</td><td>Any&nbsp;</td><td></td><td>코어러의 취급이 지루하게 되는 경우 모든 원예 장갑을 사용할 수 있습니다.</td></tr><tr><td>장갑</td><td>어떤&nbsp;</td><td>모든</td><td>Ensure 미생물학 샘플은 샘플링하는 동안 얼음에 보관하고 가능한 한 빨리 냉동합니다.</td></tr><tr><td>KimWipes</td><td>KimTech Science</td><td>Any</td><td>Water는 에탄올로 살균하기 전에 토양 코어를 세척하는 데 사용할 수 있습니다.</td></tr><tr><td>멸균 샘플 백</td><td>Fisher Scientific&nbsp;</td><td>Whirl-Pak 4 OZ. 24 OZ</td><td>폐흙을 쉽게 제거할 수 있도록 양동이와 쓰레받기를 가까이에 두십시오.</td></tr><tr><td>컬러 카드</td><td>, Any</td><td></td><td>Any miniLEO의 원래 디자인에는 lysimeter에 다양한 센서가 내장되어 있습니다. 이러한 센서는 개별 실험 설계의 범위에 따라 필요하거나 필요하지 않을 수 있습니다.</td></tr><tr><td>X-선 플루오레시스 분광광도계</td><td>XRF, OLYMPUS</td><td>DS-2000 델타 XRF</td><td></td></tr><tr><td>폴리프로필렌 코어</td><td>어떤</td><td>어떤</td><td></td></tr><tr><td>금속 코어든지&nbsp;</td><td>어떤&nbsp;</td><td></td> 폴리프로필렌 코어용 모든 <td></td></tr><tr><td>캡</td><td>모든</td><td>모든</td><td></td></tr><tr><td>망치</td><td>어떤&nbsp;</td><td>모든</td><td></td></tr><tr><td>플라스틱 퍼티 나이프</td><td>Any&nbsp;</td><td>모든</td><td></td></tr><tr><td>안면 마스크</td><td>모든&nbsp;</td><td>어떤</td><td></td></tr></tbody></table>

결합 문학, 지구 화학 및 미생물 조사를위한 토양 모형 매립 발굴

Soil Lysimeter Excavation for Coupled Hydrological, Geochemical, and Microbiological Investigations

자연 경관의 지하에서 수문학적 및 생지화학적 과정의 공진화를 연구하는 것은 결합된 지구 시스템 과정에 대한 이해를 향상시킬 수 있습니다. 이러한 지식은 특히 기후 변화 시나리오에서 수력 생물지화학적 순환의 예측을 개선하는 데 필수적입니다. 우리는 초기에 균질한 토양 시스템의 지하 이질성을 포착하기 위해 고안된 실험적 방법을 제시합니다. 이 방법은 소규모 언덕 경사면을 시뮬레이션하도록 설계된 토양 용해계의 파괴 샘플링을 기반으로 합니다. 1입방미터 용량의 계량 라이시미터를 섹션(복셀)으로 나누고 각 복셀에서 하위 샘플을 수집하여 층별로 굴착했습니다. 굴착 절차는 토양의 수문학적, 지구화학적, 미생물학적 특성에 대한 공간적 평가에 중점을 두어 시스템의 초기 이질성을 감지하는 것을 목표로 했습니다. 테스트 된 몇 가지 물리 화학적 변수의 대표적인 결과는 이질성의 발달을 보여줍니다. 관찰된 패턴을 해석하기 위해 수문학적, 지구화학적, 미생물학적 시그니처 간의 상호 작용을 테스트하기 위한 추가 작업이 계획되어 있습니다. 우리의 연구는 또한 다양한 환경 조건과 규모에서 토양 발달의 다양한 측면을 관찰하고 정량화하기 위해 유사한 굴착을 수행할 수 있는 가능성을 보여줍니다.

복셀의 크기는 수 문학, 지구 화학적 및 미생물 학적 측정을위한 샘플 수집을 보장. 발굴 과정은 미생물 분석을위한 324 코어, 972 pXRF 데이터 포인트, 324 지구 화학적 샘플 가방, 180 수능 샘플 (세로 128, 52 수평), 311 벌크 밀도 샘플을 얻었다. 브릴리언트 블루 염색 우선적 흐름은 표면 아래로 30cm 깊이까지 관찰 하였다. 모형 매립의 단일 수직 조각 81 샘플의 대표적인 세트는 예비 분석을 위해 선택되었다. Y 및 Z의 복셀은 0-8에서 원거리 동안 선택된 샘플은 슬로프에 X = 2 위치에서 있었다. DNA 농도, 부피 밀도 및 pXRF의 Fe (철) 및 Mn (망간) 측정에서 예비 결과는 2-D 플롯 (그림 11)에 isopleth 히트 맵 여기에 표시됩니다. 벌크 밀도 측정 예비 분석 ( <st...

이 연구는 지하 수문, 지구 화학 및 토양 모형 매립의 미생물 학적 이질성을 조사하기위한 굴착 방법을 제시한다. 모형 매립은 균일 한 상태에서 처음이었고, 18 개월 기간에 관개의 팔 사이클을 통해 물을 약 5,000mm에 실시한 인공 hillslope을 시뮬레이션합니다.

Studying co-evolution of hydrological and biogeochemical processes in the subsurface of natural landscapes can enhance the understanding of coupled ...

자연 경관의 지하에서 수문학적 및 생지화학적 과정의 공진화를 연구하면 결합된 지구 시스템 과정에 대한 이해를 높일 수 있습니다. 이 방법의 전반적인 목표는 토양 라이시미터(Lysimeter)를 굴착하여 지하의 수문학적, 지구화학적 및 미생물학적 불균질성을 이해하는 것입니다. 이 방법은 결합된 지구 시스템 과정 분야의 핵심 질문에 답하는 데 도움을 줄 수 있습니다.예를 들어, 자연 생태계의 지하에서 수문학적 및 생지화학적 과정이 어떻게 공동 진화하는지와 같은 것입니다. 이 전략의 주요 장점은 샘플링 규모 내에서 토양의 수문학적, 지질화학적 및 미생물학적 특성의 공간적 이질성을 포착할 수 있다는 점입니다. 유클리드 공간 좌표계를 사용하여 라이시미터(Lysimeter)를 고정된 길이, 너비 및 깊이의 복셀(Voxel)로 나눕니다.각 방향을 따라 전체 거리를 적절한 수의 동일한 간격으로 나눕니다. 각 샘플에 고유한 XYZ 위치를 할당하고 이를 복셀(Voxel)로 정의합니다. 본 굴착 작업에서 X는 사면 너비를 따른 위치, Y는 사면 길이를 따른 위치, Z는 사면 깊이를 따른 위치를 나타냅니다.각 차원 내의 간격 크기에 따라 복셀(Voxel)의 너비, 길이 및 깊이가 결정됩니다. 여기에는 간격 범위를 결정한 후의 라이시미터(Lysimeter) 분할 모습과 XYZ 좌표계에 대해 선택된 원점이 표시되어 있습니다. 현재의 굴착 계획에 따른 분할은 Y 및 Z 방향으로 각각 9개의 간격, X 방향으로 4개의 간격을 가져 총 324개의 복셀을 생성합니다.복셀(Voxel)의 구획을 위해, 구획 작업 중 기준 체계에 대한 안내를 제공할 수 있도록 경사면의 길이를 따라 줄자를 부착하십시오. 줄자를 사용하여 각 토양 복셀의 치수를 표시하십시오. 알루미늄 블레이드 쉴드와 플라스틱 퍼티 나이프를 사용하여 각 층의 격자선을 그리십시오.경계 효과를 방지하기 위해 각 벽면에서 5 cm 떨어진 경계 물질은 폐기하십시오. 시료 간의 교차 오염을 방지하기 위해, 수문학 및 지구화학 분석을 수행하기 전 각 Voxel에서 무균적으로 미생물 시료를 채취하십시오. 인체 피부로 인한 오염을 줄이기 위해 굴착을 수행하는 모든 구성원이 새 장갑을 착용하도록 하십시오.미생물 시료 채집을 위해 지름 1 cm, 높이 20 cm의 토양 코어러와 얇은 스패출러를 사용하십시오. 코어러와 스패출러를 증류수로 세척하십시오. 깨끗한 와이프로 물기를 닦아낸 후, 스프레이 병을 사용하여 75% ethanol로 헹구십시오.코어러와 스패튤라를 자연 건조시키기 전에, 각 Voxel 위치에서 10cm 깊이까지 코어 채취를 수행합니다. 그다음, 스패튤라를 사용하여 토양 시료를 시료 채취 직전에 개봉한 멸균 플라스틱 백에 옮겨 담습니다.각 시료의 수집 시간을 기록하십시오. 시료 파우치를 손으로 균질화하십시오. 샘플링하는 동안 시료 백을 아이스 쿨러에 보관하고, 가능한 한 빨리 -80 °C 냉동고로 옮기십시오.휴대용 X-선 형광 분석기를 홀더 위에 놓고 빔 윈도우가 공장 금속 비드를 직접 향하게 합니다. cal을 선택하고 교정이 완료될 때까지 30초 동안 기다립니다. 매 측정 전에는 빔 윈도우를 세척하십시오.각 Voxel의 표면을 세 군데의 서로 다른 위치에서 3회 반복 측정하십시오. 장비를 토양 표면에 배치하고 측정이 완료될 때까지 90초 동안 기다리십시오. 원하는 Voxel의 용적 밀도를 측정하기 위해 금속 코어를 세척하십시오.원하는 복셀(Voxel)의 수리전도도 측정 또는 KSAT 분석을 위해 폴리카보네이트 코어를 세척합니다. 금속 코어와 폴리카보네이트 코어를 원하는 복셀에 수직으로 삽입합니다. 토양 교란을 최소화하기 위해 코어와 망치 사이에 나무 블록과 같은 평평한 표면을 대고 조심스럽게 망치로 두드려 코어를 삽입하며, 이때 센서나 센서 와이어가 손상되지 않도록 주의하십시오.또한, 코어가 토양에 절반 정도 들어갔을 때, 첫 번째 코어 위에 두 번째 코어를 놓습니다. 두 번째 코어 위에 나무 블록을 올리고, 첫 번째 코어의 테두리가 보일 때까지 블록을 살살 망치로 쳐서 토양에 매립합니다. 지화학적 시료를 채취하기 전, 샘플링하는 Voxel이 경계 및 인접 Voxel로부터 격리되었는지 확인하십시오.이를 위해, 플라스틱 퍼티 나이프와 수동 모종삽을 사용하여 금속 또는 폴리프로필렌 코어 주변의 토양 샘플을 라벨이 부착된 지화학 샘플 봉투에 수집하며, 코어를 쉽게 제거할 수 있을 때까지 이 과정을 반복합니다. 폴리프로필렌 코어를 제거하고 양쪽 끝을 빨간색 플라스틱 캡으로 덮습니다. 수직 폴리프로필렌 코어는 V, 수평 폴리프로필렌 코어는 H로 표시한 뒤 샘플 ID를 기입합니다. 금속 코어를 제거하고 양 끝의 과잉 물질을 털어낸 후, 코어 내의 샘플을 라벨이 부착된 부피 밀도 샘플 봉투로 옮깁니다.샘플이 담긴 각 샘플 백의 무게를 측정하고 총 무게를 기록합니다. 다음 Voxel과의 교차 오염을 방지하기 위해 네 면 모두에 수 센티미터의 토양을 남겨두고, Voxel에서 나머지 물질을 지질 화학 샘플 백에 수집합니다. 각 Voxel에 대해 이 단계들을 반복합니다.순차적인 굴착으로 Voxel의 측면이 열리면 수평 KSAT를 위한 코어를 삽입하십시오. 이전과 마찬가지로 다짐을 최소화하기 위해 나무 블록과 두 번째 코어를 사용하고, 토양 코어를 수집하십시오. 여기에 사면의 길이, 깊이 및 너적을 따른 토양 Lysimeter Voxel의 3차원 도식도가 표시되어 있습니다.라이시미터(Lysimeter)의 XYZ 평면을 따라 설정된 하나의 복셀(Voxel)에 대한 도식적 관점과 함께 수집된 코어의 유형 예시가 여기에 표시되어 있습니다. 이러한 코어들은 미생물학적 코어, 수평 및 수직 투수계수 코어, 겉보기 밀도 코어, 그리고 지구화학적 분석에 사용되는 복셀의 잔여 시료가 포함된 대표 복셀에서 확인할 수 있습니다. 여기에는 대표적인 겉보기 밀도 시료의 2차원 등치선 히트맵이 표시되어 있습니다.시료를 알루미늄 칭량 접시에 옮겨 오븐 건조함으로써 겉보기 밀도 값을 얻었습니다. 빈 칸으로 남겨진 셀은 센서의 존재와 겉보기 밀도 코어를 수용할 공간의 부족으로 인해 시료 수집이 불가능했던 복셀을 나타냅니다. 여기에는 2차원 DNA 농도 히트맵이 표시되어 있습니다.미생물학적 코어의 경우, 각 Voxel을 대표하는 미생물 DNA를 추출하기 위해 2g의 토양을 보조 샘플링하였습니다. 이 영상을 시청하신 후에는 정밀한 수문학적, 미생물학적 및 지화학적 시료 채집을 위해 토양 리시미터(Lysimeter)를 굴착하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다. 이 절차는 토양 발달 및 지형 진화 연구에 중요한 통찰력을 제공할 것으로 기대됩니다.본 절차를 수행할 때 Voxel 크기와 채취 지역의 규모에 대한 추정치가 시료 수집에 필요한 시간과 노력을 결정한다는 점을 기억하는 것이 중요합니다. 미생물학적, 수문학적 및 지구화학적 샘플링은 시료를 파괴하거나 오염시키지 않고 체계적인 방식으로 이루어져야 하므로, 이 방법에 대한 시각적 시연이 매우 중요합니다. 저희는 집중적인 샘플링 계획을 통해 수문, 생물, 지구화학적 특성에 미치는 규모 효과를 매우 정밀하고 상세하게 파악할 수 있다고 믿습니다.이 기술의 의의는 토양 발달의 다양한 측면과 그에 따른 환경 조건 및 규모의 변화를 관찰하고 정량화하기 위해 유사한 굴착을 수행할 수 있는 가능성을 제시한다는 점에 있습니다. 미생물 샘플은 각별한 주의를 기울여 굴착해야 함을 잊지 마십시오. 오염을 방지하기 위해 장갑과 마스크 착용을 포함한 멸균 절차를 준수하십시오.제시된 기술들은 간단하고 재현 가능하며, 다양한 연구 질문에 맞게 유연하게 적용할 수 있습니다. 이를 통해 대안적인 실험 설계를 구현할 수 있습니다.

soil-lysimeter-excavation-for-coupled-hydrological-geochemical

Research

연구

JoVE Journal

Environment

환경

이 비디오는 수리적 특성 분석을 위해 토양 샘플을 수집하는 기술을 보여줍니다. 샘플링 영역이 제거되고 상단 지각이 비워집니다. 그런 다음 샘플링 링을 토양에 배치하여 샘플을 수집합니다. 그런 다음 샘플이 있는 링을 세척하고, 라벨을 붙이고, 포장하고, 분석을 위해 방해받지 않고 옮깁니다.

수분 보유 특성 분석을 위한 토양 코어 시료 채취

필드 lysimetry 및 porewater 샘플링 연구원은 토양과 설립 식물에 적용되는 화학 물질의 운명을 평가할 수 있습니다. 이 프로토콜의 목적은 필요한 장비를 설치하고 통합 필드 lysimetry 및 porewater 샘플링 실험에서 화학적 분석을위한 샘플을 수집하는 방법을 설명하는 것입니다.

통합 필드 Lysimetry 및 Porewater 샘플링 토양에서 화학 이동성의 평가 및 설립 식물

온전한 토양 코어 용해계의 추출 및 조립에 대한 자세한 방법과 침출수 및 지표 적용 가금류 깔짚에서 관련 영양분 손실에 대한 연구를 위한 사용이 시연됩니다.

토양 코어 Lysimeters를 수집 및 구축을위한 프로토콜

이 논문은 많은 샘플을 가진 연구에서 토양 미생물 군집 구조를 결정하기 위해 총 지질과 지표 지질의 상대적 양을 특성화하는데 사용하기 위해 미생물의 세포막으로부터 지질 추출을위한 노력과 정확성을 균형있게 유지하면서 처리량을 증가시키는 방법을 기술한다.

많은 샘플을 이용한 실험에서 토양 미생물을 특성화하기위한 지질 추출 및 분석 방법

여기서 설명된 검증 방법은 울라토니트, 현무암 및 올리바인과 같은 알칼리성 지구 금속 규산염 함유 바위로 개정된 다양한 농업 토양에서 페도게닉 무기 탄소 격리를 모니터링할 수 있다. 이러한 유형의 검증은 탄소 신용 프로그램에 필수적이며, 이는 해당 분야에서 탄소를 격리하는 농부들에게 혜택을 줄 수 있습니다.

농업 토양에서 수정 된 실리케이트 미네랄의 풍화로 인해 페도게닉 무기 탄소 축적모니터링.

미세 투석 프로파일러는 최소한의 방해로 현장에서 산화-무산소 토양-물 경계면에 용해된 공극수 용질을 샘플링하는 것으로 설명됩니다. 이 장치는 토양-물 경계면 및 그 너머의 교란으로 인해 유발된 농도-깊이 프로파일의 급격한 변화를 포착하도록 설계되었습니다.

Microdialysis Profilers를 사용한 Oxic-Anoxic 토양-물 계면에서의 용존 용질 샘플링

토양 수분 함량 측정은 많은 주 및 연방 기관의 중요한 임무 요구 사항입니다. 이 프로토콜은 매설 현장 센서를 사용하여 토양 수분 함량을 측정하기 위한 여러 기관의 노력을 종합 합니다 .

현장 방해받지 않는 토양의 토양 수분 센서

여기에서 우리는 토양 유기체의 활동을 통해 광물 풍화를 향상시키는 동시에 풍화를 자극하는 것으로 알려진 비생물적 변수를 조작하기 위한 실험 설정의 구성 및 운영을 제시합니다. 설정 및 샘플 분석의 기능에서 얻은 대표적인 결과와 개선 사항에 대해 논의합니다.

토양 유기체의 활동을 통해 광물 풍화를 향상시키기 위한 실험 설정의 설계 및 건설

이 기사에서는 토양 샘플에 대한 수리적 특성 측정기를 사용하는 간단한 증발 실험을 제공합니다. 효율적인 수단을 통해 며칠 동안 측정을 수행하여 고품질 데이터를 생성할 수 있습니다.

수력학적 특성 분석기를 사용한 간단한 증발 실험을 기반으로 한 토양 수분 잠재력 및 전도도 측정

이 방법은 연속 13 C 균일 또는 차동 식물 조직 라벨 15 N 동위 원소 표지 챔버를 구축하고 운영하는 방법을 설명합니다. 신진 대사 및 Andropogon의 gerardii의 구조 라벨링 대표 결과에 대해 설명합니다.

연속의 설계 및 운영<sup&gt; 13</sup&gt; C 및<sup&gt; 15</sup통일 또는 차등을위한&gt; N 레이블 상공 회의소, 대사 및 구조, 식물 동위 원소 라벨링

배우세요 토양 라시미터 발굴 방법을 통해 지하 수문학적, 지구화학적, 미생물학적 이질성을 분석하는 기법을. 유클리드 좌표계를 활용한 복셀 분할로 토양 공간적 이질성을 정밀하게 포착하여 지구 시스템 과정의 공진화를 이해할 수 있습니다.

결합 문학, 지구 화학 및 미생물 조사를위한 토양 모형 매립 발굴

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